在去年芯片缺貨的時(shí)候，從三星、臺(tái)積電到Intel和AMD都對(duì)一個(gè)材料關(guān)注有加，那就是ABF（Ajinomoto Build-up Film ）。而這一切的故事，都要從一家原本做味精的企業(yè)味之素說(shuō)起。

按照味之素集團(tuán)網(wǎng)站所說(shuō)，在 1970 年代，集團(tuán)開始探索鮮味調(diào)味品副產(chǎn)品的應(yīng)用。我們知道其中一些物質(zhì)具有優(yōu)異的材料特性，有可能用于電子行業(yè)的樹脂和涂層劑。處理器變得越來(lái)越小，速度越來(lái)越快，印刷電路板制造商需要更好的絕緣材料來(lái)保持性能。到了1996 年，一家 CPU 制造商與該集團(tuán)接洽，希望利用氨基酸技術(shù)開發(fā)一種薄膜型絕緣體。這最終推動(dòng)了ABF載板的誕生。

正如大家所看到的，電路集成的進(jìn)步使得由納米級(jí)電子電路組成的 CPU 成為可能。這些電路必須連接到電子設(shè)備和系統(tǒng)中的毫米級(jí)電子元件。當(dāng)然，這可以通過(guò)使用由多層微電路組成的 CPU的積層載板來(lái)實(shí)現(xiàn)。而ABF促進(jìn)了這些微米級(jí)電路的形成，因?yàn)樗谋砻婵梢越邮芗す饧庸ず椭苯渝冦~。今天，ABF 是形成電路的基本材料，該電路可引導(dǎo)電子從納米級(jí) CPU 終端流向印刷載板上的毫米級(jí)終端。

可以說(shuō)，ABF的存在讓芯片小型化成為可能。然而，隨著芯片的持續(xù)發(fā)展，ABF也迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

ABF，如臨大敵

從原理上看，ABF 充當(dāng)了設(shè)備封裝內(nèi)的床，連接 PCB 和納米級(jí) CPU 的多層微電路組成。

而基于其打造的ABF 基板的一個(gè)關(guān)鍵元件是電容器，它主要用于去耦并占據(jù)基板的兩側(cè)。

anandtech在報(bào)道中也表示，現(xiàn)代芯片通常被安裝在細(xì)間距載板 (FPS：fine pitch substrates ) 上，然后將其放置在多層高密度互連 (HDI：high-density interconnect) 載板上。而如今*進(jìn)的 CPU/GPU HDI 載板都使用Ajinomoto Build-up Film (ABF)，它結(jié)合了有機(jī)環(huán)氧樹脂、硬化劑和無(wú)機(jī)微粒填料。ABF易于使用，可實(shí)現(xiàn)高密度間距（從而實(shí)現(xiàn)高密度金屬布線），具有足以滿足現(xiàn)代芯片的絕緣性能、高剛性、高耐用性和低熱膨脹等因素。

臺(tái)灣工研院材化所的莊貴貽也曾撰文指出，ABF載板材料是90年代由Intel所主導(dǎo)的材料，用于導(dǎo)入覆晶構(gòu)裝制程等高級(jí)載板的生產(chǎn)，可制成較細(xì)線路、適合高腳數(shù)、高傳輸?shù)腎C封裝。其載板核心結(jié)構(gòu)仍是保留以玻纖布預(yù)浸樹脂(FR-5或BT樹脂)做為核心層(Core Substrate)，再使用增層材料(Build up Materials )疊加的方式增加層數(shù)，以雙面核心為基礎(chǔ)，做上下對(duì)稱式的加層，但上下的增層結(jié)構(gòu)，舍去原用的預(yù)浸玻纖布?jí)汉香~箔的銅箔載板，而在ABF膜層上改用電鍍銅取代之，如圖所示。如此一來(lái)，可以減少載板總體的厚度，突破原有含玻纖樹脂載板在激光鉆孔所遇到的困難度。

但是，隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向小芯片設(shè)計(jì)，封裝的重要程度日漸提升，進(jìn)而給封裝材料提出了新需求。

“因?yàn)檫@些多小芯片設(shè)計(jì)將更耗電（因此更熱），并且由于內(nèi)存和 I/O 接口的擴(kuò)大，需要更高密度的金屬寫入。功率需求的增加給電路的外圍子結(jié)構(gòu)帶來(lái)了額外的壓力。多年來(lái)，尋找新材料用于半導(dǎo)體行業(yè)芯片的核心構(gòu)成一直是一個(gè)熱門話題?！?/p>

anandtech在報(bào)道中說(shuō)。在這種情況下，玻璃成為了很多廠商探索的新目標(biāo)，因?yàn)椴ＡП徽J(rèn)為比基于有機(jī)樹脂的載板更堅(jiān)硬并具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，但玻璃與銅（或其他金屬線）之間的粘合仍然是鍵合方面的主要挑戰(zhàn)。

但，有不少?gòu)S商已經(jīng)跨出了重要一步。

玻璃，有望接任？

日前，日本Dai Nippon Printing (DNP) 展示了半導(dǎo)體封裝的一項(xiàng)新開發(fā)成果——玻璃芯載板 (GCS：Glass Core Substrate)——據(jù)說(shuō)它可以解決ABF帶來(lái)的許多問(wèn)題。

DNP聲稱，其具有玻璃芯的 HDI 載板與基于有機(jī)樹脂的載板相比具有更優(yōu)越的性能。根據(jù) Dai Nippon 的說(shuō)法，使用玻璃芯載板 (GCS) 可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的間距，因此可以實(shí)現(xiàn)極其密集的布線，因?yàn)樗膊⑶也灰滓蚋邷囟蛎?。DNP展示的示意圖甚至完全從封裝中省略了細(xì)間距載板，暗示這部分可能不再需要。

DNP 在報(bào)道中還表示，其玻璃芯載板可以提供高縱橫比的高玻璃通孔 (TGV) 密度（與 FPS 兼容）。在這種情況下，縱橫比是玻璃厚度與通孔直徑之間的比率。隨著過(guò)孔數(shù)量的增加和比例的增加，載板的加工變得越來(lái)越困難，并且保持剛性變得更具挑戰(zhàn)性。

從DNP的介紹可以看到，其開發(fā)的玻璃載板具有 9 的縱橫比，并確保粘合性以實(shí)現(xiàn)細(xì)間距兼容布線。該公司表示，由于 GCS 厚度限制很少，因此在保持厚度、翹曲、剛度和平滑度之間的平衡方面有很大的自由度。“我們還有新的專有制造方法增強(qiáng)了玻璃和金屬之間的粘附性，這是傳統(tǒng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的，這也幫助他們實(shí)現(xiàn)了精細(xì)間距和高可靠性?！盌NP同時(shí)還強(qiáng)調(diào)。

除了DNP，韓國(guó)SK集團(tuán)旗下的Absolics也看好了玻璃帶來(lái)的機(jī)會(huì)。因?yàn)樗麄冋J(rèn)為玻璃擁有很高的耐熱性，為此他們將其視為半導(dǎo)體封裝的改革者。Absolics表示，隨著微處理的性能提升已達(dá)到極限，半導(dǎo)體行業(yè)正在積極利用異構(gòu)封裝，但現(xiàn)有的半導(dǎo)體載板必須通過(guò)稱為硅中介層的中間載板連接到半導(dǎo)體芯片，而內(nèi)置無(wú)源元件的玻璃載板可以在相同尺寸下集成更多的芯片，功耗也減少了一半。值得一提的是，Absolics在早前還獲得了美國(guó)設(shè)備大廠應(yīng)用材料的投資。

另外，玻璃大廠康寧也看好玻璃在載板中的機(jī)會(huì)。

他們?cè)谝黄撐膶懙溃雽?dǎo)體封裝的新舉措創(chuàng)造了對(duì)新材料解決方案的需求。為擴(kuò)展用于 3D-IC 堆疊的中介層技術(shù)，人們付出了巨大的努力。正在開發(fā)多種解決方案來(lái)滿足其中一些需求，包括使用各種常用材料的傳統(tǒng)中介層以及扇出晶圓級(jí)封裝 (FOWLP)，這已成為試圖實(shí)現(xiàn)低成本的普遍考慮因素。

此外，移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的激增導(dǎo)致對(duì) RF 通信的要求越來(lái)越高。這些要求包括引入更多頻段、更小/更薄的封裝尺寸以及在引入新功能時(shí)需要節(jié)省電力以延長(zhǎng)電池壽命等要求。事實(shí)證明，玻璃是應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的*解決方案，因?yàn)椴ＡЬ哂性S多支持上述舉措的特性，當(dāng)中包括高電阻率和低電損耗、低或可調(diào)節(jié)的介電常數(shù)以及可調(diào)節(jié)的熱膨脹系數(shù) (CTE)。

康寧表示，3D IC 堆疊的重要挑戰(zhàn)之一是由于 CTE 不匹配而導(dǎo)致的可靠性，而玻璃提供了一個(gè)極好的機(jī)會(huì)來(lái)管理 3D-IC 堆疊的翹曲，同時(shí)優(yōu)化 CTE。下圖說(shuō)明了在中介層應(yīng)用中堆疊具有多個(gè) CTE 的載板所面臨的挑戰(zhàn)。其中左圖示意性地顯示了安裝在 Si 中介層上的 Si 芯片，然后將其安裝在有機(jī)載板上。當(dāng)載板經(jīng)歷溫度循環(huán)時(shí)，CTE 不匹配會(huì)導(dǎo)致故障。

但是，如果使用 CTE 介于玻璃和有機(jī)物之間的玻璃中介層代替 Si 中介層，則可以更好地管理這種翹曲并提高可靠性，正如佐治亞理工學(xué)院封裝研究中心 (PRC) 的工作所證明的那樣，如上圖圖右所示 。

寫在最后

我們必須承認(rèn)，ABF載板的地位是短期內(nèi)不能動(dòng)搖的，從QYR的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)我們也可以看到。根據(jù)他們的統(tǒng)計(jì)，2021年全球ABF基板市場(chǎng)銷售額達(dá)到了43.68億美元，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到65.29億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為5.56%（2022-2028）。

而英特爾和AMD等廠商的大力投入，也可以看做ABF的風(fēng)向標(biāo)。

以英特爾為例，在去年，因?yàn)锳BF的短缺，給英特爾造成了困擾。為此，英特爾宣布其越南組裝和測(cè)試 (VNAT) 工廠現(xiàn)在將在內(nèi)部將電容器連接到 ABF 基板的兩側(cè)。這一變化將使英特爾在 ABF 制造過(guò)程中有效地消除對(duì)外部供應(yīng)商的依賴程度。據(jù)英特爾稱，其結(jié)果是能夠以更快的速度完成芯片組裝 80%；AMD也通過(guò)和多家廠商綁定了長(zhǎng)約，以保證ABF供應(yīng)。

但是，正如這個(gè)行業(yè)里一直上演的故事一樣，沒(méi)有什么是一成不變的。